Проект участка по восстановлению одноосных деталей автомобилей на АТП-3 г. Саратова с разработкой устройства для балансировки каленчатых валов (дипломный проект)

Содержание:
Введение
1 Проектная часть.
1.1 Исходные данные, назначение и краткая характеристика АТП.
1.2 Корректирование нормативных значений исходных данных.
1.3 Расчет годовой производственной программы по количеству воздействий.
1.4 Расчет трудоёмкости ТО и ТР подвижного состава.
1.5 Расчет численности ремонтно-обслуживающих рабочих и распределение их по специальностям.
1.6 Технологическое проектирование зон ТО и ТР.
1.7 Расчёт площадей производственных участков.
1.8 Планировка производственного корпуса.
2 Теоретическая часть.
2.1 Теория уравновешивания вращающихся масс.
2.2 Динамическая балансировка коленчатого вала.
3 Конструкторская часть.
3.1 Элементы патентного поиска.
3.2 Расчёт мощностных и скоростных характеристик привода балансировочного станка.
3.3 Расчёт цилиндрической передачи.
3.4 Расчёт валов.
3.5 Выбор подшипников.
4 Разработка мероприятий по обеспечению безопасности выполнения операций технологического процесса балансировки коленчатого вала.
4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов.
4.2 Рекомендации по снижению воздействия опасных и вредных факторов на производстве
4.3 Инженерные решения по обеспечению безопасности.
4.3.1Освещённость.
4.3.2Расчет вентиляции на участке.
4.3.3Электрический ток (защитное зануление).
4.4 Вывод.
5 Экономическая эффективность проекта.
5.1 Описание услуги.
5.2 Сравнительная технико-экономическая характеристика услуги.
5.3 Организация производства проектируемой услуги.
5.4 Себестоимость услуги.
5.5 Переменные затраты на изготовление единицы продукции.
5.5.1Затраты на электроэнергию на ремонт.
5.6 Постоянные затраты на год.
5.6.1 Отчисления на ремонт зданий и сооружений.
5.6.2 Отчисления на ремонт технологического оборудования.
5.6.3 Амортизационные отчисления на полное восстановление основных средств.
5.6.4 Затраты по оплате труда рабочих-повременщиков.
5.6.5 Коммунальные затраты.
5.7 Экономический эффект проекта.
5.8 Расчет объема инвестиций в проект.
5.9 Оценка экономической состоятельности проекта.
Заключение
Список литературы
Приложение


2. Теоретическая часть

2.1 Теория уравновешивания вращающихся масс
Любое вращающееся вокруг неподвижной оси звено называется ротором (рабочее колесо турбины, якорь электродвигателя, коленчатый вал, барабан). Силы инерции, возникающие во вращающемся роторе, вследствие неточности его изготовления, неоднородности материала и нарушения симметричности распределения масс, создают неуравновешенность. Устранение такой неуравновешенности, когда неизвестно положение центра тяжести, называется балансировкой роторов. В этом случае возможна статическая и динамическая неуравновешенность.
Рассмотрим уравновешивание вращающейся на валу сосредоточенной массы (Рис.1-а). Пусть система вращается с постоянной угловой скоростью и на массу , установленную на радиусе , действует сила инерции
,        (35)
а так как , то ускорение имеет только нормальную составляющую

и сила инерции представлена центробежной силой (Н) . Ее величина достигает больших значений даже при малой массе , так как радиус и угловая скорость значительны.

При вращении вала проекция центробежной силы на горизонталь будет переменна по величине, что приведет к колебаниям системы (вибрации).
Аналогичные явления будут также иметь место, если центр тяжести ротора массой отстоит от оси вращения на величину (Рис. 1-6). Центробежная сила, равная , будет значительной, так как учитывается масса всего ротора.
Рассмотрим в общем случае уравновешивание звена, вращающегося вокруг неподвижной оси с переменной угловой скоростью и угловым ускорением (Рис.2). Проведем две произвольно выбранные плоскости I и II, перпендикулярные оси вращения звена. Точки пересечения плоскостей с осью вращения звена обозначим и . Поместим звено в неподвижную систему координат, причем точку совместим с началом координат, а ось направим по оси вращения.





Рис. 2 Неуравновешенное звено

Рассмотрим выделенную в звене элементарную частицу dm, положение которой определяется координатами X, Y, Z или радиус-вектором и углом . Очевидно, что . Сила инерции элементарной массы равна:



где – ускорение элементарной массы;
и – нормальная и тангенциальная составляющие полного ускорения.

Имеем:   .       (36)
Здесь
Составляющие силы инерции действуют в плоскости , проходящей через материальную точку массой перпендикулярно оси .
Проекции силы на оси координат составят:
      (37)
      (38)
           (39)
Моменты проекций силы относительно осей координат
          (40)
          (41)
        (42)
Интегрируя по всему объему, будем иметь:
   (43)
    (44)


где – координаты центра тяжести звена;
– статические моменты масс;
– центробежные моменты инерции масс звеньев;
– осевые моменты инерции; – полярный момент инерции.
Значения модулей главного вектора и главного момента определится из уравнений:
   (48)
        (49)
где – радиус-вектор центра масс.
Из уравнения видно, что сила инерции любой массы, центр тяжести которой лежит на оси вращения (то есть ), будет равна нулю.
Звено, вращающееся вокруг неподвижной оси, проходящей через центр тяжести звена, называется статически уравновешенным. Если такое звено повернуть относительно оси на любой угол, то оно будет оставаться в таком положении до тех пор, пока к нему не будет приложена какая-либо сила.
При полном уравновешивании устраняется смещение центра тяжести звена с оси вращения, а также поворот его главной центральной оси инерции по отношению к оси вращения, так чтобы было достигнуто совмещение главной центральной оси инерции звена с осью его вращения. Звено считается полностью уравновешенным, если удовлетворяются условия: и . Из уравнения видно, что будет равен нулю при , то есть при . В этом случае для полного уравновешивания достаточно, чтобы и , а это обеспечивается при и    (50)
согласно уравнений (10) и (11).
Из теоретической механики известно, что центробежные моменты инерции обращаются в нуль тогда, когда оси инерции являются главными осями инерции. Условие будет удовлетворяться тогда, когда ось Z будет главной осью инерции.
Можно сказать, что полное уравновешивание полагает статическую и динамическую балансировку. Под динамической балансировкой будем понимать достижение условия , то есть устранение влияния динамических моментов.

Статическое уравновешивание вращающихся масс
Вращающиеся звенья, размер которых вдоль оси вращения несоизмеримо меньше диаметра, называют дисками. К ним относят зубчатые колеса, шкивы, маховики и аналогичные им части машины. У таких звеньев момент от сил инерции незначителен и им можно пренебречь. Эти звенья и роторы, вращающиеся с невысокими скоростями, обычно уравновешивают только статически.
Статически неуравновешенное звено проворачивается под действием момента от силы тяжести (см. Рис.1-а, б). Центр масс стремится занять свое низшее положение, в котором он находится в устойчивом состоянии. В этом положении обычно высверливают избыточную массу или на диаметрально противоположной стороне ротора прикрепляют балансировочный груз, так чтобы общий центр масс оказался на оси вращения.
Допустим, что на звене (Рис. 3-а) массы статически неуравновешенны, то есть центр тяжести звена не совпадает с осью вращения. Тогда векторная сумма сил инерции этих масс даст равнодействующую в (Рис. 3-б)
,   (51)
где
– неуравновешенные массы звеньев,
– радиусы векторы их центров тяжести.




Рис. 3. Статическое уравновешивание

Итак, при равномерном вращении вала вместе с неуравновешенными грузами возникают центробежные силы инерции, которые легко определяются, если считать, что массы грузов и положения их центров тяжести известны:

       (52)

Величина представляет собой статический момент массы звена и
характеризует его неуравновешенность, то есть дисбаланс. Центробежные силы инерции пропорциональны величине , поэтому при решении задачи об уравновешивании можно вместо построения многоугольников сил строить многоугольники дисбалансов.


Равнодействующая сила инерции всей системы массой приложена в центре тяжести, определяемом радиус-вектором :
         (53)
Сравнивая выражения (16) и (18) можно записать:

или      (54)
Равнодействующую силы инерции можно уравновесить равной и противоположно направленной ей уравновешивающей силой , которую создает дополнительная масса , введенная в звено и установленная на расстоянии от центра вращения звена. Тогда
        (55)
Условие статического равновесия звена:
  или       (56)
,       (22)
имеем:
    (57)
В общем виде уравнение запишется так:
    (58)
Уравнение является условием статического уравновешивания звена, вращающегося вокруг неподвижной оси, путем введения дополнительной массы.

Полное уравновешивание вращающихся масс
Многие вращающиеся звенья имеют размер вдоль оси вращения соизмеримый с диаметром. Для уравновешивания таких звеньев необходимо обеспечить условия и . Так как при вращении ротора необходимо уравновесить не только силу инерции, но и момент от сил инерции, то есть пару сил, то наименьшее число противовесов должно быть два. Плоскости, перпендикулярные оси вращения, в которых устанавливаются противовесы, называются плоскостями уравновешивания. Рассмотрим вращающийся ротор (Рис. 4-а), который представлен в виде вала с произвольно расположенными на нем массами .
Поместим ротор в систему декартовых координат, направив ось Z по оси вращения ротора.
Выберем две плоскости уравновешивания I и II , расположенные на расстоянии а друг от друга, причем плоскость I пусть проходит через начало осей координат, Перенесем все силы инерции в эту плоскость, тогда плоскость I будет называться плоскостью приведения. За плоскость приведения можно выбрать и плоскость II.
Следует иметь в виду, что при переносе силы параллельно линии действия в другую точку к перенесенной силе необходимо добавить момент, равный произведению этой силы на расстояние переноса.
Полное уравновешивание ротора может быть обеспечено при условии уравновешивания сил, перенесенных в плоскость I , и моментов, возникших в результате переноса сил, то есть должны быть соблюдены указанные выше условия:
и

а с учетом равенства угловых скоростей дисков запишутся так:
    (59)
    (60)
где: – дополнительные массы, установленные в плоскостях уравновешивания,
– радиус-векторы центров масс от оси вращения,
– расстояние между плоскостью приведения I и плоскостями, в которых расположены массы .
Таким образом, уравнения содержат четыре неизвестных . Задаваясь значениями и или, и можно из уравнений найти остальные неизвестные и или и .
Задаемся, например, значениями и . Необходимо определить и . Для этого в уравнении находим скалярные значения векторов и в масштабе строим векторный многоугольник (Рис. 4-б). Замыкающим будет вектор , который определит величину и покажет направление установки массы . Затем вычисляем величины векторов в уравнении, и, построив многоугольник (рис.4-в), определяем значение радиуса и направление установки массы .

2.2 Динамическая балансировка коленчатого вала
 Неуравновешенность (дисбаланс) вращающихся частей является одним из факторов, лимитирующих надежность и долговечность автотракторных двигателей в эксплуатации. Неуравновешенность – это негативное состояние детали, узла, соединения, характеризующееся таким распределением масс, которое вызывает переменные нагрузки на опоры, повышенный износ и вибрацию, способствует быстрой утомляемости водителя. В ряде случаев, несбалансированность нагрузок вызывает накопление усталостных трещин в шейках коленчатого вала, приводящих к аварийному разрушению.
  Дисбаланс изделия – величина векторная, равная произведению локальной неуравновешенной массы m на расстояние (радиус) ее расположения от оси этого изделия r, т.е. D = m r.
 Дисбаланс возникает в процессе изготовления (восстановления) деталей, сборки узлов и агрегатов и изменяет свое количественное значение в процессе эксплуатации и ремонта.
 В зависимости от взаимного расположения геометрической оси изделия и его центральной оси инерции различают три вида неуравновешенности: статическую, моментную и динамическую. Коленчатым валам автотракторных двигателей свойственны два последних вида. При моментной неуравновешенности геометрическая ось изделия (заданная при изготовлении) и его  центральная ось инерции пересекаются в центре масс (центре тяжести изделия). Данная неуравновешенность не является сложной при устранении и определяется двумя равными по значению разнонаправленными векторами дисбалансов Dm1 и Dm2 в двух произвольных плоскостях, создающими момент дисбаланса М.
 Моментная неуравновешенность является частным случаем более общей и более сложной с точки зрения устранения – динамической неуравновешенности, при которой ось изделия (ОВ) и его центральная ось инерции (ОИ) пересекаются не в центре масс. Присуща она длинномерным вращающимся деталям типа «вал», состоит из статической и моментной неуравновешенности и определяется главным образом главным вектором дисбалансов Dст и главным моментом дисбалансов М или двумя приведенными векторами дисбалансов (в общем случае разных по значению и непараллельных), лежащих в двух произвольных плоскостях (динамический дисбаланс).
 Дисбаланс изделия характеризуется числовым значением (в г.мм или г.см) и углом дисбаланса (в градусах) в системе координат, связанных с осью изделия.
 При вращении неуравновешенного изделия возникает переменная по величине и направлению центробежная сила инерции Р = mrw2 , где w – угловая скорость вращения.
 Приведение изделий, обладающих неуравновешенностью, в уравновешенное состояние осуществляется их балансировкой, т.е. определением (обнаружением на специальном стенде) величины и угла дисбаланса и устранением (уменьшением) его путем удаления массы в определенных точках. При динамической балансировке устраняется (уменьшается) как статическая так и моментная неуравновешенность и изделие становится полностью сбалансированным, при этом Dст≈0 и М≈0 и центральная ось инерции совпадает с осью вращения изделия.
 В процессе эксплуатации автотракторных двигателей происходит некоторое увеличение дисбаланса деталей, узлов, агрегатов вследствие появления неравномерных износов рабочих поверхностей, деформаций, смещения сопряженных деталей в узлах относительно оси вращения, образования повышенных зазоров в соединениях.  Наибольшее увеличение дисбаланса происходит в процессе ремонтных воздействий. Ведь если после заводской конвейерной сборки и балансировки изделие доводится до кондиции, то при ремонте происходит:
  а) перекомплектование деталей (не редко с прежним, но шлифованным валом, заказчик просит установить новую корзину сцепления не рычажного, а диафрагменного типа; в другом случае – клиент не желает далее шлифовать изношенные шейки коленчатого вала, приобретая новый, оставляя недавно установленные, но уже работавшие маховик и корзину сцепления и т.д.), в результате чего иное сочетание вращающихся в едином комплекте деталей дает смещение и центра масс и, что более серьезно, сложение сонаправленных векторов дисбалансов, привнесенных в этот комплект;
 в) возникновение деформаций при механической и термической обработках;
 б) неточности сборки и смещение осей одних деталей относительно других из-за изношенности отверстий (например, корзины сцепления).
 В результате проведения научно-производственной работы в направлении повышения надежности, долговечности, ресурса автотракторных двигателей, были проанализированы результаты входного контроля коленчатых валов, поступающего ремонтного фонда. Так, например, статистические данные ряда автосервисов за последние 3–5 лет по величине дисбаланса (рисунок 5) коленчатых валов двигателей ЗМЗ-402, ЗМЗ-406, поступивших в капитальный ремонт, говорят о существенно возросшей неуравновешенности в процессе эксплуатации, выходящей за пределы допуска (либо уже существовавшей в виду некондиционности изделий, устанавливаемых в частных нелицензированных автомастерских).



Рисунок 5. – Гистограммы распределения дисбаланса коленчатых валов двигателей ЗМЗ-402, -406, бывших в эксплуатации.
При допустимом значении не более 300 г.мм 93...96 % валов требуют балансировки.
 В этой связи, обращает на себя внимание вторая категория коленчатых валов, используемых при ремонте в тех же автосервисах, – это новые валы, лежащие на прилавках магазинов запасных частей, оптовых базах и др. По многим параметрам (диаметры коренных и шатунных шеек, изгиб по центральной шейке, биение фланцев и др.) эти валы укладываются в допустимые пределы. Все эти геометрические размеры легко контролируются доступными всем измерительными инструментами. Иначе обстоит дело со скрытым дисбалансом, обнаружить который можно только на специализированном стенде. Так вот по критерию «дисбаланс» достаточно большая выборка новых изделий не соответствует установленным требованиям. Порядка 90 % коленчатых валов, приобретенных в розничной сети заказчиками, требуют дополнительной балансировки – это уже вопрос к заводам-изготовителям. Тот факт, что коленчатый вал, устанавливаемый в двигатель, будет в комплекте с маховиком и корзиной сцепления, и с ними же будет в последствии тщательно отбалансирован опытными мастерами не может служить оправданием столь варварскому отношению к качеству изготовления одной из ответственных, дорогостоящих и ресурсоопределяющих деталей ДВС, каким является коленчатый вал.
 Таким образом, шлифованные или новые валы и тем более в новой комплектации на завершающем этапе ремонта необходимо обязательно балансировать. Ремонтные предприятия, автосервисы, автомастерские, занимающиеся по своему профилю капитальным ремонтном автотракторных двигателей обязаны иметь в перечне технологического оборудования и активно использовать стенды для динамической балансировки коленчатых валов, либо за неимением подобного дорогостоящего оборудования при небольших объемах производства пользоваться услугами по балансировке смежных производств.
 Для динамической балансировки коленчатых валов отдельно и в сборе с маховиком и сцеплением целесообразно использовать балансировочные станки марок КИ-4274, БМ-У4 и др. Перед началом работы согласно инструкции станок подлежит метрологической поверке два раза в год с использованием эталонного ротора и калибровочного грузика, создающего при его установке оператором то в левой, то в правой плоскостях контроля определенную величину дисбаланса (3000 г.мм). При необходимости выполняется тарировка показаний электронного блока для получения в последующей работе достоверных результатов.
 После подбора из комплекта сменных неметаллических вкладышей, например, из текстолита, винипласта, металлофторопластовой ленты и др., соответствующих типу вала и диаметру его коренных шеек, проводится контроль одного вала, затем с маховиком (рисунок 6) и корзиной сцепления. В случаях возможности установки на коленчатом валу маховика и корзины сцепления относительно друг друга в разных положениях (ВАЗ, ГАЗ, Мерседес-Бенц и др.) пробуются все возможные варианты. Лишь только найдя положение деталей с наименьшим дисбалансом, производится удаление неуравновешенной массы.
  Наиболее часто в производственной практике выполняется высверливание металла либо в противовесах коленчатого вала (рисунок 7), либо на нерабочей части маховика, обладающего большим запасом металла с целью уравновешивания всей вращающейся системы.
 Путем периодических включений станка и высверливаний металла по указанному электроникой углу оператор добивается минимизации дисбаланса, не превышающего допустимых нормативных значений. Далее уравновешенный комплект маркированных деталей готов к укладке в блок.



Рисунок 6. – Фрагмент рабочего процесса балансировки.


Рисунок 7. – Корректировка неуравновешенности.



3. Конструкторская часть

3.1 Элементы патентного поиска

RU 2 147 733 C1 G 01 M 1/38
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Заявка: 99118449/28, 31.08.1999
Дата начала действия патента: 31.08.1999
Дата публикации: 20.04.2000
Ссылки: SU 1232971 A, 23.05.1986. SU 1195204, 30.11.85. RU 2068990, 10.11.1996. RU 2085847 C1, 27.07.1997. US 4495812 A, 29.01.1985. DE 3005423 A1, 20.08.1981. FR 2517428 A1, 03.06.1983.
Адрес для переписки:
125252, Москва, ул. Алабяна, 15, кв.132, Сербину В.И.
Заявитель:
Сербин Владимир Иванович
Изобретатель: Корчагин А.В., Сербин В.И.
Патентообладатель:
Корчагин Александр Васильевич, Сербин Владимир Иванович
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ ОБЪЕКТА
Реферат:
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано при балансировки роторов, валов, колес, турбин и других объектов, требующих балансировки. Устройство включает корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта. Устройство дополнительно содержит средство измерения дисбаланса. Концы вала выполнены в виде части сфер. Подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение. Каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность. Ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец. В результате упрощается балансировка и повышается ее точность.
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано при балансировке роторов, валов, колес, турбин и других объектов, требующих балансировки.
Известно балансирующее устройство роторов при вращении, содержащее систему измерения дисбаланса и управления процессом балансировки, связанный с ней блок расплавления проволоки, выполненный в виде двух дисков с зажимами по периферии, обращенных друг к другу торцевыми поверхностями, а их оси вращения параллельны, и привода дисков во вращение [Авторское свидетельство СССР N 1195204, кл. G 01 M 1/38, от 1984 г.].
Устройство также содержит установленные на одном из дисков два электрически изолированных, токоподводящих коаксиальных кольца, с которыми через один связаны зажимы того же диска, соединенные с системой измерения дисбаланса и управления процессом балансировки два датчика и взаимодействующих с ними, установленные соосно диску с кольцами и жестко связанные с последним делительный диск с отверстия ми, число которых равно числу зажимов этого диска. Привод дисков выполнен в виде ременной передачи и связанного с ней и с системой измерения дисбаланса и управления процессом балансировки регулируемого двигателя постоянного трока.
Однако известное устройство имеет следующие недостатки:
балансируемый ротор должен быть полым, что ограничивает область применения известного устройства;
ни на все материалы возможно нанесение и надежное сцепление с ними расплавленных капель металла.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является балансирующее устройство объекта (роторов), включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта [Авторское свидетельство СССР N 1232971, кл. G 01 M 1/38, от 1984 г.].
Балансировка ротора осуществляется на закритических частотах вращения . При этом ось инерции ротора смещается с осью вращения и фиксируется самоотвердевающей жидкостью (в качестве которой может быть использована эпоксидная смола с наполнителем - средство фиксации отбалансированного положения объекта).
Недостатком известного устройства является возникающая асимметрия внешней геометрической поверхности балансируемого ротора относительно оси вращения, что во многих случаях недопустимо, например, при балансировки ротора электродвигателя, центробежного насоса, колес качения и т.п.
Задачами, решаемыми в настоящем изобретении, является создание универсального балансирующего устройства, обладающего
высокой точностью балансировки и простотой его использования.
Поставленные задачи решаются тем, что балансирующее устройство объекта, включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта, дополнительно содержит средство измерения дисбаланса. В устройстве концы вала выполнены в виде части сфер, а подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение. Каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец.
Предпочтительно центрирующие механизмы снабдить кожухами, а средство измерения дисбаланса выполнить в виде шкал, нанесенных вдоль ходовых винтов на поверхность кожухов и грузов винтов.
Предпочтительно средство фиксации отбалансированного положения объекта выполнить в виде двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс, установленными коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта и зафиксированных на объекте винтами.
Целесообразно механизм возврата вала в исходное положение верхнего конца вала выполнить в виде центрирующего стакана, один конец которого укреплен на подшипнике и другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружины, расположенной в стакане, и заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны.
Целесообразно механизм возврата вала в исходное положение нижнего конца вала выполнить в виде другого центрирующего стакана, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины, расположенной в стакане, заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайб, установленных коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратора, установленного коаксиально стакану между шайбами и выполненного в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой.
После повторного включения и останова по шкалам средства измерения дисбаланса контролируют погрешность устранения дисбаланса и при необходимости его корректируют.
Формула изобретения
1. Устройство для балансировки объекта, включающее корпус, размещенные в нем вал, взаимодействующий с приводом, установленный своими концами в подшипниках вращения с возможностью смещения относительно оси вала и состоящий из двух частей, расположенных по обе стороны объекта, центрирующие механизмы, расположенные с вышеназванных сторон объекта, и средство фиксации отбалансированного положения объекта, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средство измерения дисбаланса, концы вала выполнены в виде части сфер, подшипники вращения снабжены механизмами возврата вала в исходное положение, а каждый центрирующий механизм содержит два взаимно перпендикулярных друг другу ходовых винта с грузами, установленными на них с возможностью перемещения вдоль винтов, четыре ролика, кинематически связанные с концами винтов, и центрирующее кольцо, укрепленное коаксиально валу на корпусе и имеющее с внешней стороны на уровне роликов профилированную поверхность, при этом ролики установлены с зазором относительно центрирующих колец.
2. Устройство дл балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что центрирующие механизмы снабжены кожухами, а средство измерения дисбаланса выполнено в виде шкал, нанесенных вдоль ходовых винтов на поверхность кожухов и грузов винтов.
3. Устройство дл балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что средство фиксации отбалансированного положения объекта выполнено в виде двух пар балансировочных колец со смещенными центрами масс, установленных коаксиально с двух вышеназванных сторон объекта и зафиксированных на объекте винтами.
4. Устройство дл балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что механизм возврата в
исходное положение верхнего конца вала выполнен в виде центрирующего стакана, один конец которого укреплен на подшипнике и другой конец установлен в стенке корпуса и имеет с внешней стороны на уровне стенки корпуса кольцо в виде части сферы, пружины, расположенной в стакане, и заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, а механизм возврата в исходное положение нижнего конца вала выполнен в виде другого центрирующего стакана, имеющего с внешней стороны три кольца в виде части тора, пружины, расположенной в стакане, заглушки, укрепленной на корпусе коаксиально стакану с внешней его стороны, верхней и нижней шайб, установленных коаксиально стакану между подшипником и стенкой корпуса, и сепаратора, установленного коаксиально стакану между шайбами и выполненного в виде кольца с отверстиями, в которых расположены шарики, при этом центрирующий стакан своими кольцами контактирует соответственно с верхней шайбой, сепаратором и нижней шайбой.
5. Устройство для балансировки объекта по п.1, отличающееся тем, что профилированная поверхность центрирующих колец выполнена конической, или тороидальной, или сферической, или параболической, или гиперболической.


RU 2 148 806 C1 G 01 M 1/38, F 16 F 15/32
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Заявка: 98113370/28, 06.07.1998
Дата начала действия патента: 06.07.1998
Дата публикации: 10.05.2000
Ссылки: SU 468123 A, 21.05.1975. SU 561446 A, 16.05.1978. DT 2137901 B2, 01.09.1977. DE 3844031 A1, 06.07.1989.
Адрес дл переписки:
432027, г.Ульяновск, ул. Северный Венец 32, Ульяновский государственный технический университет, проректору по НИР
Заявитель:
Ульяновский государственный технический университет
Изобретатель: Белый Д.М.
Патентообладатель:
Ульяновский государственный технический университет
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТЕЛ
Реферат:
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся изделий в процессе их работы. Устройство содержит втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси, при этом одна из диаметральных половин внутренней цилиндрической поверхности каждого кольца выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины кольца, а эксцентрична масса установлена на внешней поверхности каждого кольца в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения. В результате увеличивается точность балансировки, упрощается конструкция устройства и повышается производительность процесса.
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано дл автоматической балансировки вращающихся изделий в процессе их работы.
Известны устройства для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащие корпус и механизмы корректировки, выполненные либо в виде кольца с эксцентричными массами и механизмами их поворота в виде фрикционной передачи и серводвигателя, установленных на валу балансируемого ротора /см. патент ФРГ N 20252944, кл. G 01 M 1/36, 1977/, либо в виде двух электродвигателей, размещенных в корпусе, жестко соединенном с ротором, на валу которых с эксцентриситетом в плоскости, перпендикулярной оси вращения, установлены балансировочные грузы /см. а.с. СССР N 450981, кл. G 01 M 1/38, 1973/.
Недостатками известных устройств являются низкая точность балансировки, сложность конструкции и ограниченна производительность, что обусловлено сложностью механизма корректировки масс, наличием значительного количества вращающихся вместе с телом вращения деталей.
Известны также устройства дл автоматической балансировки вращающихс тел, содержащие либо свободно надетые на тело и подпружиненные в осевом направлении кольца с установленными на них балансировочными грузами, имеющими возможность сходитьс - расходитьс при вращении тела под действием центробежных сил инерции /см. а.с. СССР N 632919, кл. G 01 M 1/38, 1978/, либо свободно навернутые на резьбовой участок тела гайки с закрепленными на них противовесами /см. а.с. СССР N 1677646, кл. G 01 R 5/02, 1991/.
Недостатком известных устройств является низка точность балансировки, что обусловлено отсутствием в устройствах, согласно самому принципу автоматической балансировки под действием центробежных сил инерции, отрицательной обратной связи по возмущению, независимости существования данных сил от наличия и величины дисбаланса и, как следствие, возможностью нарушения сбалансированности тела после окончания балансировки в процессе торможения вращения, фиксации противовесов и т.п.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для автоматической балансировки вращающихся тел, включающее втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси /см. а. а. СССР N 468123, кл. G 01 M 1/38, 1973/, и принятое за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся низкая точность балансировки, сложность конструкции и ограниченна производительность, что обусловлено сложностью исполнительного механизма, содержащего электромагниты, схему формирования корректирующих воздействий, элементы кинематической связи магнитных колец, роликов и по сков.
Сущность изобретения заключается в создании из-за действия вибрационных возмущений, возникающих при вращении неуравновешенного тела, направленного вращения эксцентричных масс относительно тела, продолжающегося до прекращения действия вибрационных возмущений, то есть до окончания процесса автоматической балансировки вращающегося тела.
Технический результат - увеличение точности балансировки, упрощение конструкции устройства и повышение производительности процесса.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве дл автоматической балансировки вращающихся тел, содержащем втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси, особенность заключается в том, что одна из диаметральных половин внутренней цилиндрической поверхности каждого кольца выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины поверхности кольца, а эксцентрична масса установлена на внешней поверхности каждого кольца в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения.

RU 2 292 533 C2
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Заявка: 2004112999/28, 27.04.2004
Дата начала действия патента: 27.04.2004
Дата публикации заявки: 20.10.2005
Дата публикации: 27.01.2007
Ссылки: SU 1469370 А1, 30.03.1989. SU 1453196 А1, 23.01.1989. SU 811089 А1, 07.03.1981. SU 1548693 А1, 07.03.1990.
Адрес дл переписки:
456770, Челябинска обл., г. Снежинск, ул. Васильева, 13, а/я 245, ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ, Отдел интеллектуальной собственности, Г.В. Бакалову
Изобретатель: Глазырина Любовь Митрофановна (RU), Карповицкий Михаил Степанович (RU), Ключников Александр Васильевич (RU), Мальгин Анатолий Иванович (RU), Смирнов Геннадий Григорьевич (RU), Фомин Юрий Павлович (RU)
Патентообладатель:
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР-ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМ. АКАД. Е.И. ЗАБАБАХИНА" (ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ) (RU)
БАЛАНСИРОВОЧНЫЙ СТЕНД С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ
Реферат:
Изобретение обеспечивает динамическую прецизионную балансировку роторов, предпочтительно тех, конструкция которых исключает возможность их балансировки при больших скоростях вращения. Балансировочный стенд содержит фундамент с вертикальной стойкой , на которой закреплены верхняя и нижняя колебательные подвески, выполненные идентичными. Каждая подвеска представляет собой единую деталь, образованную упругими консольными пластинами и массивным основанием. В подвесках закреплены опоры, представляющие собой конические газостатические подшипники. На массивных основаниях каждой колебательной подвески выполнены жесткие базовые выступы, на которых размещены силоизмерительные датчики, контактирующие с упругими консольными пластинами. В опорах установлен тонкостенный технологический переходник , внутри которого зафиксирован испытуемый ротор . Внутренняя поверхность переходника снабжена базовыми опорными поверхностями, соответствующими геометрии балансируемого ротора, что позволяет использовать одни и те же дорогостоящие газостатические подшипники дл роторов различной геометрии. В верхней газостатической опоре размещен пневматический механизм разгона, а в нижней опоре - пневматический механизм торможения. Технический результат-возможность произвести прецизионную балансировку роторов при небольших скоростях вращения и с максимально возможной точностью за счет высокой точности измерения дисбаланса.
Изобретение относится к балансировочным средствам диагностики, а именно к стендам с вертикальной осью вращения, и может быть использовано дл динамической балансировки роторов, конструкция которых исключает возможность их балансировки при больших скоростях вращения.
Подобные задачи возникают, например, в том случае, когда оболочка ротора имеет тонкие стенки, и деформации от вращения вносят существенные погрешности, или, если внутренне элементы ротора могут сместиться по тем же причинам. К таким устройствам относ тс , например, тонкостенные спутниковые узлы, нежесткие сборки типа разворачивающихся в невесомости антенн, роторы, внутри которых не жестко размещена геофизическая аппаратура или сейсмические датчики.
Широко известны балансировочные средства диагностики, выпускаемые такими известными фирмами, как Carl Schenk AG (Германия) и ДИАМЕХ (Россия). Имеются среди них и вертикальные балансировочные станки, но они предназначены дл балансировки конкретных конструкций роторов. В частности, станок В 1500 фирмы ДИАМЕХ предназначен для балансировки дисков и колес при высоких скоростях вращения.
Известен балансировочный стенд с вертикальной осью вращения, содержащий закрепленную на массивном основании колебательную систему с опорами, в которые устанавливается ротор. Опоры связаны с основанием упругими пластинами. В нем имеются также датчики измерения дисбаланса и привод вращения ротора (авторское свидетельство СССР 11453196, МПК G 01 M 01/00 от 29.07.87).
Указанный стенд также работает в диапазоне больших угловых скоростей вращения, порядка 10-100 Гц. При таких скоростях вращения ротора чувствительность к дисбалансу, которая пропорциональна квадрату угловой скорости, многократно возрастает. Механические опоры вращения не обеспечивают надежной прецизионной центровки ротора и внос т собственную погрешность в результат измерения.
В качестве прототипа выбран балансировочный стенд с вертикальной осью вращения, содержащий закрепленные на вертикальной стойке фундамента колебательные подвески с упругими пластинами и опорами в виде соосных конических газостатических подшипников, в одном из которых выполнен пневмопривод вращения, а в другом - пневмотормоз. Стенд имеет также силоизмерительные датчики, установленные в колебательных подвесках («Современные технологии автоматизации», 14, 2001, с.48-49).
Данная конструкция стенда позволяет производить прецизионную диагностику ротора на малых скоростях вращения. Однако погрешность измерения реакции опор на проявления динамической неуравновешенности ротора при его вращении остается несколько завышенной. Кроме того, при испытании роторов, отличающихся друг от друга посадочными местами дл установки в опоры, т.е. геометрией, приходит с производить переустановку дорогих газостатических подшипников, что крайне неэкономично.
Задачей является доработка конструкции стенда с тем, чтобы устранить указанные недостатки и сделать его более унифицированным.
Поставленная задача решается тем, что в балансировочном стенде с вертикальной осью вращения, содержащем закрепленные на вертикальной стойке фундамента колебательные подвески с упругими пластинами и опорами в виде соосных конических газостатических подшипников, в одном из которых выполнен пневмопривод вращения ротора, а в другом - пневмотормоз, а также силоизмерительные датчики, установленные в подвесках, согласно изобретению упругие пластины дл каждой опоры выполнены консольными в виде единой детали заодно с собственным массивным основанием, закрепленным на вертикальной стойке, на котором с обеих сторон выполнены жесткие выступы дл установки на них на расстоянии примерно 1/5 длины пластин от массивного основания силоизмерительных датчиков с обеспечением касания упругих пластин, при этом стенд снабжен жестким тонкостенным переходником, наружная боковая поверхность которого соответствует ответным поверхностям конических газостатических подшипников, а внутренняя поверхность выполнена соответствующей базовым посадочным поверхностям балансируемого ротора.
Выполнение упругих пластин консольными и заодно с основанием, закрепленным на вертикальной стойке, обеспечивает повышение точности измерения параметров ответной реакции упругой подвески на возникающий дисбаланс, а также повышает стабильность этих измерений при колебани х температуры. Место размещения датчиков также повышает точность измерения, поскольку жесткие базовые выступы и плечо установки, равное 1/5 длины пластины, увеличивают чувствительность измерительной схемы, по которой включены силоизм